[發(fā)明專利]一種分布式頻率域復(fù)信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010314490.8
• 申請(qǐng)日: 2020-04-21
• 公開（公告）號(hào): CN111537795B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王世隆;于生寶;張嘉霖;魏一鳴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R23/16
• 分類號(hào): G01R23/16;G06F17/14
• 代理公司: 沈陽銘揚(yáng)聯(lián)創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 21241
• 代理人: 屈芳

1.一種分布式頻率域復(fù)信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括:

傳感器模塊，用于將不同物理現(xiàn)象的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；

電源管理模塊，用于向其他模塊提供不同額定電壓值的電源；

人機(jī)交互模塊，用于顯示及調(diào)整系統(tǒng)工作狀態(tài)；

同步模塊，用于為分布式系統(tǒng)提供同步脈沖信號(hào)，該同步信號(hào)包含高精度的同步脈沖信號(hào)以及代表該脈沖信號(hào)序號(hào)的數(shù)據(jù)信息；

核心控制模塊，判斷傳感器模塊采集的外部異步信號(hào)是否正常，當(dāng)傳感器模塊采集的外部異步信號(hào)正常后啟動(dòng)時(shí)間戳計(jì)數(shù)器以及開始接收外部信號(hào)，并通過FPGA控制時(shí)間戳計(jì)數(shù)器和接收外部信號(hào)同時(shí)進(jìn)行，每接收一定長度數(shù)據(jù)后存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和提取接收信號(hào)的頻率、振幅和相位信息；

所述核心控制模塊每緩存固定長度數(shù)據(jù)，使用傅里葉算法將經(jīng)由傳感器和ADC模塊采集的時(shí)域電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻域信號(hào)，得到的幅度譜提取極大值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)為信號(hào)的頻率信息，縱坐標(biāo)為信號(hào)的振幅信息，得到參考信號(hào)的頻率信息，然后通過時(shí)間戳得到參考信號(hào)的初相值，最后將參考信號(hào)與測(cè)量信號(hào)做互功率譜得到待測(cè)信號(hào)的相位信息；將參考信號(hào)與測(cè)量信號(hào)做互功率譜得到待測(cè)信號(hào)的相位信息具體過程如下：

根據(jù)數(shù)據(jù)處理長度的設(shè)定值進(jìn)行數(shù)據(jù)截?cái)啵?/p>

求得截?cái)嗪蟮乳L的參考信號(hào)與測(cè)量信號(hào)互相關(guān)曲線；

對(duì)該互相關(guān)曲線做傅里葉變換，得到實(shí)部曲線與虛部曲線；

根據(jù)獲得信號(hào)的頻率值，提取對(duì)應(yīng)實(shí)部曲線與虛部曲線的值，其相位可表示為：

時(shí)間戳初相值如下式表示：

式中ADC時(shí)間戳表示為ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化完畢后起始時(shí)刻對(duì)應(yīng)的時(shí)間戳計(jì)數(shù)器數(shù)值；f表示為待測(cè)信號(hào)的頻率值。

2.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器模塊為模擬傳感器或數(shù)字傳感器，若為模擬傳感器，則傳感器模塊與核心控制模塊之間設(shè)置調(diào)理電路模塊與ADC模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊，調(diào)理電路模塊用于調(diào)整輸入電壓信號(hào)以滿足ADC電壓信號(hào)輸入的要求；所述ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。

3.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)核心控制模塊內(nèi)部具備至少2個(gè)數(shù)據(jù)緩存區(qū)，每當(dāng)數(shù)據(jù)在一個(gè)緩存區(qū)內(nèi)緩存達(dá)到設(shè)定值后切換至另一緩存區(qū)緩存，同時(shí)對(duì)該緩存區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、保存，數(shù)據(jù)的緩存、處理和保存交替進(jìn)行實(shí)現(xiàn)連續(xù)的采集。

4.一種分布式頻率域復(fù)信號(hào)測(cè)量方法，其特征在于，

啟動(dòng)同步信號(hào)，通過傳感器模塊采集數(shù)據(jù)，并利用時(shí)間戳計(jì)數(shù)器捕捉特定事件為電壓數(shù)據(jù)以及同步信號(hào)生成時(shí)間戳；

緩存固定長度數(shù)據(jù)；

使用傅里葉算法將采集數(shù)據(jù)的時(shí)域電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻域信號(hào)，得到的幅度譜提取極大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)為信號(hào)的頻率信息，縱坐標(biāo)為信號(hào)的振幅信息，得到參考信號(hào)的頻率信息；

通過時(shí)間戳得到參考信號(hào)的時(shí)間戳初相值；

將參考信號(hào)與測(cè)量的時(shí)域電壓信號(hào)做互功率譜得到待測(cè)信號(hào)的相位信息；

將參考信號(hào)與測(cè)量信號(hào)做互功率譜得到待測(cè)信號(hào)的相位信息具體過程如下：

根據(jù)數(shù)據(jù)處理長度的設(shè)定值進(jìn)行數(shù)據(jù)截?cái)啵?/p>

求得截?cái)嗪蟮乳L的參考信號(hào)與測(cè)量信號(hào)互相關(guān)曲線；

對(duì)該互相關(guān)曲線做傅里葉變換，得到實(shí)部曲線與虛部曲線；

根據(jù)獲得信號(hào)的頻率值，提取對(duì)應(yīng)實(shí)部曲線與虛部曲線的值，其相位可表示為：

時(shí)間戳初相值如下式表示：

式中ADC時(shí)間戳表示為ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化完畢后起始時(shí)刻對(duì)應(yīng)的時(shí)間戳計(jì)數(shù)器數(shù)值；f表示為待測(cè)信號(hào)的頻率值。